近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所紅外光學(xué)材料研究中心在增材制造（3D打印）激光照明透明陶瓷研究方面取得進(jìn)展——該工作通過(guò)數(shù)字光處理打印技術(shù)（DLP）實(shí)現(xiàn)了3D打印用于激光照明的高密度鈰活化镥鋁石榴石（LuAG:Ce）陶瓷，通過(guò)3D打印技術(shù)制造具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的激光照明透明陶瓷，突破了傳統(tǒng)陶瓷成型工藝的限制。該成果發(fā)表在“國(guó)際陶瓷”（Ceramics International）期刊。

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.09.207

激光照明系統(tǒng)能夠在較高的功率密度下實(shí)現(xiàn)高輸出效率（100-1000 倍于發(fā)光二極管），使得激光驅(qū)動(dòng)的照明系統(tǒng)可為未來(lái)的固態(tài)照明提供優(yōu)勢(shì)，如高亮度、緊湊尺寸和定向照明。其復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)的激光驅(qū)動(dòng)固態(tài)照明器件則需要利用到增材制造技術(shù)。

（a）DLP三維打印透明陶瓷坯體示意圖；打印的LuAG:Ce陶瓷坯體照片：（b）蜂窩、（c）最小表面、（d）超半球和（e）不同尺寸的超半球。（f）3D打印LTC的燒結(jié)過(guò)程示意圖；（g）激光照明裝置；（h） 日光下放置在 "SIOM "字母上的拋光后3D打印 LTC；（i）透光率光譜；（j）封裝在LD照明芯片中的燒結(jié)超半球3D打印LTC。

（a）測(cè)試固化厚度和固化寬度的實(shí)驗(yàn)示意圖；（b）陶瓷粉末的SEM圖像和粒度分布（插圖）；（c）固含量為50 Vol.%的可打印陶瓷的流變行為；（d）不同濃度甲基橙油墨的固化深度與紫外線輻射劑量的關(guān)系；（e）不同濃度甲基橙油墨的固化寬度與紫外線輻射劑量的關(guān)系，下面的照片對(duì)應(yīng)的是不同濃度甲基橙油墨的固化情況；（f）三維打印綠色體層結(jié)構(gòu)。

DLP 是一種光聚合增材制造技術(shù)，它使用數(shù)字投影儀逐層固化墨水，以創(chuàng)建具有復(fù)雜形狀的物體。它可以同時(shí)固化整個(gè)層，因此可以實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)。它還支持高分辨率打印，允許創(chuàng)建復(fù)雜而詳細(xì)的對(duì)象。科研人員開(kāi)發(fā)了用于DLP的光固化陶瓷墨水，用于制造具有高印刷分辨率的激光驅(qū)動(dòng)照明鈰活化镥鋁石榴石（LuAG:Ce）發(fā)光透明陶瓷組件。用于DLP印刷的墨水，具有高達(dá)50vol%的固含量和優(yōu)異的剪切稀化性能。研究在DLP墨水中引入了發(fā)光染料，以減少陶瓷粉末對(duì)紫外線的散射所產(chǎn)生的過(guò)量固化寬度效應(yīng)。研究利用DLP三維打印方法，制造出具有可定制的厘米級(jí)復(fù)雜三維幾何形狀的LuAG:Ce陶瓷坯體。經(jīng)過(guò)燒結(jié)工藝后，3D打印陶瓷組件的相對(duì)密度達(dá)到96.4%，并展現(xiàn)出優(yōu)秀的透光率（約40%）。激光激發(fā)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，三維打印的LuAG:Ce透明陶瓷具有很高的激光通量閾值（19.22W mm^-2），這與其表面獨(dú)特的微通道結(jié)構(gòu)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，具有自由幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高激光通量閾值的LuAG:Ce LTCs三維打印技術(shù)的應(yīng)用，為大功率激光驅(qū)動(dòng)照明提供了更高效、更可靠的解決方案。

參考來(lái)源：上海光學(xué)精密機(jī)械研究所